Под воздействием вибрационных и ударных нагрузок электромеханические автоматические выключатели (автоматы) подвержены самопроизвольному срабатыванию, так как имеют чувствительный механизм электромагнитной токовой защиты.
Предлагаемый электронной выключатель не имеет этого недостатка и может использоваться в сложных условиях эксплуатации, например в низковольтных бортовых сетях подвижных объектов. Кроме того, он может управляться дистанционно, что облегчает решение ряда задач, связанных с размещением выключателя вблизи мощной нагрузки и защитой от воздействий окружающей среды.
Принципиальная схема электронного выключателя показана на рисунке. Логика его работы сходна с логикой работы электромеханического автомата.
При замыкании контактов SA1 нагрузка включается, при размыкании – нагрузка выключается. Если при включенной нагрузке ток превысит пороговое значение, то нагрузка будет отключена автоматически, а схема будет находиться в режиме ожидания. Повторное включение нагрузки производится путем выключения и последующего включения SA1, как и в случае с автоматом.
Электронный выключатель состоит из мощного ключа DA2, который управляется таймером DA1 типа SA555. При замыкании контактов SA1 схема управления получает питающее напряжение. Триггер DA1, за счет заряда конденсаторов С1, С2, устанавливается в единичное состояние, и транзистор VT2 включает ключ DA2. Обратная связь по току нагрузки осуществляется с выхода lfb ключа DA2, на котором вытекающий ток пропорционален току нагрузки и отличается на коэффициент пропорциональности CSR (Current Sense Ratio).
В данном случае CSR=30000. Это означает, что при токе нагрузки, например, 30 А, на выходе lfb ток будет равен 1 мА. Порог токовой защиты определяется резисторами R6, R7, R10. Когда падение напряжения на резисторах R6, R7 перевесит напряжение отсечки транзистора VT1, то последний откроется и переключит триггер DA1 в нулевое состояние. Это приведет к закрыванию транзистора VT2 и ключа DA2. При размыкании контактов SA1 конденсаторы C1, C2 разряжаются через резисторы R2, R4 соответственно и схема вновь подготавливается к включению.
Поскольку коэффициент CSR и напряжение отсечки транзистора VT1 имеют большой технологический разброс, для точной установки порога срабатывания токовой защиты в схеме предусмотрен подстроенный резистор R7.
Вместо выключателя SA1 могут быть использованы контакты реле или, например, транзистор оптрона PC817. Таким образом, включением и выключением мощной нагрузки можно будет исправлять дистанционно по слаботочным линиям связи.
В схеме применен ключ ВТS555 фирмы Infineon, который имеет сопротивление канала 2,5 мОм и при соответствующем конструктивном оформлении может коммутировать ток до 165 А. Вместо включателей серии BTS также могут быть применены ключи серии IR33xx фирмы International Rectifier, которые имеют аналогичное устройство, но меньшие значения допустимого тока.
Приведенная схема имеет ток срабатывания защиты около 35 А. В случае использования других ключей или других порогов срабатывания токовой защиты резисторы в цепи обратной связи должны быть рассчитаны заново. Для этого можно воспользоваться следующими формулами:
R6+R7=U*CSR/I, Ом;
R10=1,5*(R6+R7).
Где:
U — напряжение отсечки транзистораVT1, равное примерно 1,2 В;
I – ток нагрузки, А.
Описанный выключатель может работать при напряжении питания от 6 до 16 В, которое определяется диапазоном рабочих напряжений DA1. При необходимости коммутации более высоких напряжений(ключи позволяют коммутировать напряжение до 32 В) вместо резистора R8 необходимо использовать маломощный стабилизатор напряжения на 12 В, например, 78L2 или аналогичный с допустимым входным напряжением не менее 32 В.
Автор: Андрей Кривецкий, г. Южный, Харьковская обл.
